
книги из ГПНТБ / Производство труб на установках с пилигримовыми станами
..pdfполучается рекрнсталлизованная |
равноосная |
структура |
металла без каких-либо следов упрочнения. |
рекрис |
|
При н е п о л н о й г о р я ч е н |
деформации |
таллизация протекает те полностью, в процессе дефор мации и после нее наблюдается структура двух типов: рекрнсталлизованная (с равноосными зернами) и нерекрнсталлнзованиая (с вытянутыми зернами). Нали чие рекристалл'изоівантіых зерен наряду с деформиро ванными приводит к увеличению неравномерности де формации, что способствует уменьшению пластичности
металла и |
увеличению |
вероятности |
разрушения. |
Ме |
||||||||
талл, подвергнутый |
неполной |
горячей |
деформации, |
|||||||||
имеет значительные |
по |
величине |
остаточные напряже |
|||||||||
ния, |
которые |
при |
|
недостаточной |
пластичности могут |
|||||||
вызвать разрушение. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
При |
н е п о л н о й |
х о л о д н о й |
деформации |
ре |
||||||||
кристаллизация |
отсутствует, но |
успевает |
произойти |
|||||||||
возврат. Неполную |
холодную |
деформацию |
называют |
|||||||||
также |
«теплой». |
В |
результате |
такой |
деформации |
ме |
||||||
талл |
приобретает |
полосчатую |
(волокнистую) структу |
|||||||||
ру, |
без |
следов рекристаллизации. При |
значительной |
степени деформации четко выражена текстура металла. Пластичность такого металла выше, чем металла, де
формированного при отсутствии |
возврата, а прочность |
|||
несколько ниже. |
деформации |
рекристаллизация и |
||
При х о л о д н о й |
||||
возврат полностью |
отсутствуют |
и |
деформированный |
|
металл имеет все признаки упрочнения. |
Холодная де |
|||
формация протекает при температурах, |
лежащих ниже |
|||
температуры начала возврата. |
|
|
горячей и не |
|
Физической границей между неполной |
полной холодной деформациями является температура начала рекристаллизации (порог рекристаллизации).
Таким образом, температурные условия деформации оказывают значительное влияние на пластические свой ства и, в первую очередь, на сопротивление деформа ции.
Влияние скоростных факторов на сопротивление деформации тесно связано с температурными условия ми: чем выше скорость деформации при данной темпе ратуре, тем выше сопротивление деформации за счет того, что рекристаллцзационные процессы не успевают пройти полностью.
Механическая схема деформации
Каждый вид пластической деформации ха рактеризуется определенным напряженным состоянием деформируемого тела. Общее представление о рассмат риваемом процессе дают схемы напряженного состояния и схемы главных деформаций. Всего имеется девять схем напряженного состояния (рис. 18). На этих схемах показано направление главных напряжений для элемен тарных объемов металла при пластической деформации.
Различают также три схемы главных деформаций (рис. 18). Для характеристики деформации применяют различные показатели (ha, bo, Іо— высота, ширина и длина тела до деформации; /ц,.Ь\, 1\ — то же, после де формации) .
1. Абсолютная деформация:
|
|
Д/ = /х— /0; |
Д h = h0—-hi, |
Д Ь=Ьг—Ь0, (19) |
|||||
где А/, Д/г, Дb — абсолютные |
удлинение, |
обжатие |
и |
||||||
|
|
уширение образца. |
|
|
|
||||
2. Относительная деформация: |
|
|
|
||||||
|
|
Д_/ |
|
А /г |
АЬ |
|
|
( 20) |
|
|
|
^0 |
|
Ä 7 ’ |
Ьо |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||||
где 8/, |
ел, |
еь — относительные |
удлинение, |
обжатие |
и |
||||
3. |
|
уширение соответственно. |
|
|
|||||
Истинная деформация: |
|
|
|
|
|||||
|
|
ех = ln к . |
|
|
|
|
|
( 21) |
|
где е\, |
е2, |
Сз— истинные относительные деформации |
уд |
||||||
4. |
|
линения, |
обжатия и уширення. |
|
|||||
Коэффициенты деформации: . |
|
|
|
||||||
|
|
к |
I |
h-i |
; |
|
|
|
( 22) |
|
|
Р = -р- ; ^ |
|
|
|
|
|||
где р, к, к — коэффициенты вытяжки, |
обжатия и уши- |
||||||||
|
|
рения |
соответственно. |
обусловливаются |
|||||
Несмотря на то |
что деформации |
действующими в теле напряжениями, направления глав ных деформаций во многих случаях обработки метал лов давлением могут не совпадать с направлениями главных напряжений.
ié,>0 |
Lo,tO |
3.o,>£> |
7>.6,>0 |
6г>о |
63<û |
6<<0 |
é,>0 |
63>o |
&;-0 |
fy o |
6j<0 |
|
0 |
|
|
5. ё,>0 |
6.ё,=0 |
7.6,>0 |
62>0 |
èft-û |
èg*0 |
ё3*0 |
63с0 |
63і0 |
|
5 |
|
<*/
S. é /> 0 |
|
|
S.ërO |
|
|
ég^O |
|
|
6г*0 |
|
|
6r-0 |
|
8 |
63<0 |
|
|
|
|
|
et |
|
|
_ ± |
/ |
Т |
7 |
7 “ * |
7 |
|
|
|
Ъ |
e? |
|
|
s |
' |
/ |
Ь |
/ |
|
|
||||
Растяжем/js |
і'жсте |
,<ѵдЗиг |
|
||
Рис. 18. Механические схемы деформации: |
|
|
|||
а — объемное напряженное |
состояние; б — плоское напряженное |
состоя |
ние; в — линейное напряженное состояние; г — схемы главных деформаций
Рис. 19. Механические схемы деформации основных процессов обработки ме таллов давлением
Совокупность схем главных напряжений и главных деформаций называется механической схемой деформа ции. На рис. 19 приведены механические схемы дефор мации для некоторых процессов обработки металлов давлением.
Влияние схемы напряженного состояния на пласти ческие свойства металла сказывается таким образом, что чем меньшую роль играют растягивающие напря жения, тем выше пластичность металла.
2 Зак. 125 |
-33 |
Основные законы пластической деформации
т а л л а |
Закон постоянства объемов. |
О б ъ е м ме |
|||
до |
д е ф о р м а ц и и |
р а в е н |
о б ъ е м у |
||
м е т а л л а |
п о с л е д е ф о р м а ц и и , |
т. е. yQ= W |
|||
В действительности, деформация металла иногда со |
|||||
провождается |
изменением объема |
вследствие уплотне |
ния рыхлостей, раковин, газовых пузырей и других де фектов литой структуры. Например, плотность слитка кипящей стали до деформации равна 6,9 т/м3, после де формации 7,8 тім3.
Горячая деформация кованого пли катаного метал ла проходит с соблюдением закона постоянства объема. Холодная деформация сопровождается незначительным уменьшением объема (до 0,25%), который восстанавли вается после рекристаллизации.
На рис. 20 приведена схема изменения линейных раз-
меров тела в процессе деформации: |
|
|
|
||||
Ѵо = |
ho ho ht |
Кі = |
hi bi li. |
|
|
(23) |
|
Из равенства Ѵо=Ѵ\ следует |
|
|
|
|
|||
hg |
Ьа |
l0 _ J |
|
|
|
(24) |
|
hl ' |
bl ' |
Л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
В соответствии |
с |
определением коэффициентов де |
|||||
формации следует, что рі/гЛ.== 1. |
(24), то полу |
||||||
Если прологарифмировать выражение |
|||||||
чим |
|
|
|
|
|
|
|
l n ^ |
— ln —— - In —h- = 0 |
|
|
(25) |
|||
h |
|
|
^0 |
^0 |
|
|
(26) |
или ex—- e2— e3= 0. |
|
|
|||||
Как вытекает из |
этого уравнения, из |
трех главных |
|||||
деформаций одна |
имеет знак, противоположный |
двум |
|||||
другим, т. е. форма тела изменяется за |
счет |
уменьше |
|||||
ния размеров |
в направлении в\ и увеличения |
их |
в на |
||||
правлении е2 и е2.. |
|
|
|
с л у ч а е |
в о з |
||
Закон наименьшего сопротивления. В |
|||||||
м о ж н о с т и |
п е р е м е щ е н и я ч а с т и ц |
при |
де |
ф о р м а ц и и н а п р а в л е н и е п е р е м е щ е н и я оп р е д е л я е т с я н а и м е н ь ш и м с о п р о т и в л е н и е м д в и ж е н и ю ч а с т и ц ы .
Рис. 20. Схема изменения линейных размеров тела при деформации
|
|
|
|
|
|
|
ь |
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
Л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ |
- А |
|
|
|
|
|
|
о2 \ г |
|
|
|
|
|
|
|
І І І І І І І |
|
\ |
|
|
|
|
|||||||
|
А |
|
|
|
|
U |
|
|
|
|
* |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
j |
|
а |
e' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\ |
|
|
|
|
|
|
|
||
У |
/ |
/ |
/ / |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
, |
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
s |
/ |
/ |
/ / |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
, |
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
ег
в .Л ТГТ ТП ТТ гъ^ г
е* _ к \ ‘ |
1/ V) |
? Of |
Y \ |
А |
в |
|
S |
ег
Рис. 21. Течение металла при осадке:
а — направление течения; б — форма после осадки
Рассмотрим схему осадки параллелепипеда (рис. 21). Стрелками показаны направления перемещения час тиц при деформации и условные линии раздела ВОи АО[, 0 10 2, ОгС, OpD, которые обусловливают характер течения металла. Из закона наименьшего сопротивления следует, что течение частиц в этом случае происходит по нормали к периметру. В таком случае после деформа ции параллелепипед будет иметь форму, показанную на рис. 21,6. В действительности, течение металла перпен-
2* Зак. 125 |
35 |
дикулярно периметру происходит только вблизи границ гела.
■В середине образца частицы перемещаются по сложным траекториям. Прямоугольное сечение при осадке стремится приобрести форму эллипса, который при дальнейшей деформации стремится принять форму круга. Это является следствием закона наименьшего сопротивления: при деформации контуры тела стремят ся к очертаниям, имеющим минимально возможный пе риметр в данных условиях.
5. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ іПРОКАТіШ
В большинстве процессов обработки металлов давлением изменение формы происходит в зоне непос редственного контакта металла с инструментом. Эта зо на называется очагом деформации. Почти всегда фор
моизменению в очаге сопутствует внеочаговая |
деформа |
||||
ция, однако ее величина по сравнению с |
основной де |
||||
формацией незначительна. |
|
|
|
|
|
Процессы обработки металлов давлением можно раз |
|||||
делить на три |
категории: одноразовые, прерывистые |
и |
|||
непрерывные. |
|
отнести |
штамповку, |
ко |
|
К первой категории можно |
|||||
второй — ковку, |
вытяжку под |
бойками, |
к |
третьей — |
прессование, волочение и прокатку.
Принципиальное отличие названных выше категорий обработки металлов давлением заключается в способе подачи металла в очаг деформации.
При одноразовых процессах обрабатываемое изде лие устанавливают в зоне действия инструмента, по ме ре перемещения инструмента происходит деформация изделия, а его конечная форма соответствует профилю очага деформации в последний момент соприкоснове ния инструмента с изделием.
При прерывистых процессах деформация протекает путем периодического сближения поверхностей инстру мента. Во время разведения поверхностей в очаг дефор мации подаются новые порции недеформированного из делия.
При непрерывных процессах подача металла в очаг и деформация его происходят одновременно', форма из делия определяется контурами минимального сечения очага деформации.
Рнс. 22. Принципиальные схемы волочения (а), прес сования (б) и прокатки (о)
На рис. 22 показаны принципиальные схемы прессо вания, волочения и прокатки. Во всех случаях происхо дит уменьшение высоты полосы от h0 до hi в очаге де формации ABCD за счет перемещения металла вдоль оси X. Очаг деформации образован поверхностью инструмен
та. В первом случае это волока, во |
втором-— матрица, |
в третьем — рабочие валки. Подача |
металла и дефор |
мация его при волочении и прессовании происходят за счет внешних сил, приложенных к металлу вне очага деформации: силы волочения Р и силы прессования Q.
При прокатке металл подается в очаг силами тре ния Т, возникающими в процессе деформации полосы.
Таким образом, оововное отличие процесса прокат ки от других непрерывных процессов заключается в том, что подача и основная деформация происходят за счет сил, возникающих в зоне формоизменения.
Процесс, изображенный на рис. 22,б, называется сво бодной прокаткой. Возможны различные комбинации процессов прокатки, волочения и прессования. Напри мер, если к переднему концу полосы приложить си
лу P, то процесс называется прокаткой с натяжением. Он включает в себя элементы прокатки п волочения.
Основные параметры очага деформации
Рассмотрим простейший случай свободной прокатки полосы прямоугольного сечения в цилиндри ческих валках (рис. 23). Полоса до деформации харак
теризуется геометрическими параметрами: |
/г0 — высота; |
Ь3— ширина; /0 — длина. Соответствующие |
параметры |
после деформации //,, Ьи 1{. |
|
Полоса захватывается валками и в процессе деформации обжимается на величину Дh = h0—h\. В ре зультате этого полоса уширяется на величину Ab = b\ — —60 и удлиняется на величину Д/ = /[—/0.
Относительное обжатие е= Д/г//гэ.
Рнс. 23. Схема очага деформации |
Рис. 24. Предельные условия зах- . |
при прокатке |
вата полосы валками |
Из условия постоянства |
объемов (24) следует, |
что |
|||
произведение коэффициентов деформации равно 1. |
|
||||
В очаге деформации |
дуга АВ — 1 называется дугой |
||||
захвата, хорда AB — хордой захвата, |
угол АОВ = а— |
||||
углом захвата. |
|
соотношений |
(рис. 23): |
дуга |
|
Из геометрических |
|||||
(хорда) захвата |
|
|
|
|
|
I = у я Л г , |
|
|
|
|
|
горизонтальная проекция дуги захвата |
|
|
|||
/г = |
1 R А h cos ~ |
а* У РД к , |
|
(27) |
|
угол захвата |
Л |
A h \ |
|
|
|
я. = |
|
(28) |
|||
arccos 1-------, |
|
||||
|
1 |
2 R/ |
|
|
|
а « |
У A h/R, |
|
|
|
(29) |
где R — радиус валка, мм.
Обычно угол захвата при прокатке лежит в пределах до 25°. При этом замена дуги хордой, а функции угла — углом дает незначительную погрешность, не превышаю щую 1%.
Условия захвата металла валками
Условия захвата определяют возможности на чала и дальнейшего протекания процесса. На рис. 24 показаны крайние случаи захвата: при ho^hiR-D захват невозможен, при h0= h { идет простое транспортирование полосы без деформации.
Условия захвата определяют степень деформации за
один проход. |
Различают |
условия захвата |
в начальный |
|
момент (рис. |
25,а) и в |
установившемся |
процессе |
(рис. |
25,6). Захват |
происходит тогда, когда сумма всех |
сил, |
действующих на полосу, равна нулю, т. е. условия захва та в начальный момент описываются уравнением
—• 2Р sin а -f 2Т cos а = |
0. |
(30) |
В установившемся процессе |
|
|
_ 2 Р sin — + 2 Т cos |
— = 0. |
(31) |
2 |
2 |
|
Здесь Р — сила нормального давления;